JP2011016303A

JP2011016303A - 記録装置

Info

Publication number: JP2011016303A
Application number: JP2009162813A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Obata; 力小幡; Toshiro Sugiyama; 敏郎杉山; Takeaki Shima; 丈明島; Naoaki Wada; 直晃和田; Takashi Kawabata; 隆川端; Yohei Izumi; 洋平泉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-27

Abstract

【課題】混色を生じさせることなく短時間でインクの充填を行うことができる記録装置を提供すること。
【解決手段】記録ヘッドにおけるインクタンクからのインク流入部に設けられた負圧弁を強制的に開くことが可能な機構を設け、インク充填時にはその負圧弁を強制的に開放する。そして、インクタンクに設けられた加圧ポンプでインクタンクから記録ヘッドへインクの充填を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は記録装置に関し、特にはインク充填方法に特徴を有する記録装置に関する。

従来、インクジェット記録装置は、記録媒体を横切って往復運動するキャリッジに搭載されるインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）を利用することが多い。このような記録装置では記録ヘッドから記録媒体に対してインクを吐出して記録が行われる。記録ヘッドへのインクの補給はインク補給容器（以下、インクタンクともいう）がおこなう。

ここで、インクタンクから記録ヘッドへのインク供給機構の従来例を説明する。従来のインクジェット記録装置において、記録ヘッド内の微負圧の維持方法として水頭差を利用した方法が提示されている。しかしこの方法では、インクタンクの高さ方向や位置に制約があり、インクジェット記録装置の大きさに制約を与えて、記録装置本体の小型化の妨げになる。その問題を改善した方法として内圧に応じて開閉する弁機構を持つ記録ヘッドへ加圧インク供給するというものが提案されている。この方法では、記録ヘッドとインクタンク位置に制約が発生しないで記録ヘッド内を微負圧に維持でき、装置の小型化することもできる。このような弁機構は、インク供給室と圧力室とを備え、インクタンクから供給されたインクは、インク供給室から圧力室を経て記録ヘッドに供給される。なお、インク供給室と圧力室との間には弁が設けられており、この弁の開閉によってインク供給室と圧力室とが連通・非連通となるように構成されていた。そして、圧力室の内部のインク量が減少することによって圧力室の一部を構成するフィルム部材が変位し、その変位が弁に対して直接伝達されることによって弁が動作されるように構成する。そして、記録ヘッドにおいてインクが消費されて圧力室におけるインク量が減少し、圧力が低下すると弁が開状態となり、インク供給室から圧力室にインクが供給されるようになる。この結果、圧力室には、記録ヘッドにおけるインクの消費量に応じたインクが供給されるようになり、弁機構よりも上流側のチューブにおける圧力変動の影響が記録ヘッドへと伝わらないようになっている。つまり、圧力室が所定圧力値まで達すると弁が開き、インクが供給されると弁が閉まるという動作を繰り返すことで、圧力室は所定圧力に維持される。

前述の水頭差を利用した方法では、インク流路に用いられているチューブも記録ヘッド内と同様に負圧になっているため、チューブ内には大気からチューブ壁を通して少しずつ空気が侵入する。そのため一定期間放置された記録装置は、侵入した気泡を除去するため吸引ポンプを用いて記録ヘッド内のインクと同時に侵入した気泡を外部へと排出する。そのためこのような方法では廃インクの発生量が多くなってしまう。そこで特許文献１には、サブタンク内部にフロート弁を設け、フロート弁から気泡を除去する構成が記載されており、従来の系よりも廃インク発生量を少なくし、サブタンク内部と個別液室内部に滞留した気泡を除去する構成を提案している。

特開２０００−３０１７３７号公報

このような、内圧に応じて開閉する弁機構およびヘッド内部にフロート弁機構を用いたインク供給機構では、インク供給路にインクを充填する際、記録ヘッド内の弁機構およびフロート弁機構を通じて吸引ポンプを用いてインクを充填する。しかしこの吸引動作を高速で行うと、急激にサブタンク内の負圧が高まる。そのため、吐出ノズルに予め張られたインクのメニスカスは破壊され、複数の色を同一にキャッピングしているキャップ内に滞留した混色インクを、フィルタ下部サブタンク内へと逆流させる可能性がある。そのため充填時の吸引ポンプによる吸引動作は低速で行う必要があり、インク充填には長時間を要していた。

よって本発明は、混色を生じさせることなく短時間でインクの充填を行うことができる記録装置を提供することを目的とする。

そのため本発明の記録装置は、記録ヘッド内の圧力に応じて開閉する負圧弁を備え、該負圧弁を介してインクタンクに貯留されたインクを前記記録ヘッドに供給し、該記録ヘッドから前記インクを吐出して記録を行う記録装置において、前記負圧弁を強制的に開く弁開放機構を備え、前記インクタンクから前記記録ヘッドに前記インクを供給する際には、前記弁開放機構によって前記負圧弁が開かれており、前記インクタンクの内部の圧力を調整する圧力調整手段によって、前記インクタンクから前記記録ヘッドに前記インクが供給されることを特徴とする。

本発明の記録装置は、負圧弁を強制的に開く弁開放機構を備え、インクタンクから記録ヘッドにインクを供給する際には、弁開放機構によって負圧弁が開かれる。そして、インクタンクの内部の圧力を調整する圧力調整手段によって、インクタンクから記録ヘッドにインクを供給する。これによって、混色を生じさせることなく短時間でインクの充填を行うことができる記録装置を提供することができた。

本発明のインクジェットプリンタの模式的斜視図を示している。インクジェット記録ヘッドの供給構成を表した図であり、（ａ）は記録時、（ｂ）はインクフル充填時、（ｃ）はインク充填中時をそれぞれ示している。（ａ）から（ｃ）は、フロート弁の構成の詳細を示した図である。本実施形態が適用される記録装置の供給系全体構成を示した図である。（ａ）から（ｃ）は、本実施形態の記録ヘッドにおける気泡除去時のインク流れを示す図である。記録時の記録ヘッドへのインク供給時のインクの流れを示した図である。非記録時のインク充填動作におけるインク流れを示した図である。（ａ）は本実施形態のインク充填方法を示したフローチャートであり、（ｂ）は従来のインク充填方法を示したフローチャートである。第２の実施形態の記録装置の要部を表わした模式図である。

以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明のインクジェットプリンタの模式的斜視図を示している。図１において記録媒体Ｓは、搬送ローラ１とこれに従動するピンチローラ２との間に挟まれ、搬送ローラ１の回転により、プラテン３上に案内、支持されながら図中矢印Ａ方向に搬送される。このときプラテン３は、インクジェットヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）４のインク吐出面とこれに対向する記録媒体Ｓの表面との距離を一定乃至所定の距離に維持するように記録媒体Ｓの裏面を支持する。また、搬送方向（矢印Ａ方向）と交差する方向における記録媒体Ｓの端部が、記録ヘッド４の方に浮き上がることを規制するためにプラテン３上に記録媒体押さえ１４が設けられている。複数のピンチローラ２はピンチローラホルダ１５に回転自由に保持されている。記録ヘッド４は記録媒体Ｓに向かってインクを吐出する姿勢で、不図示のモータ等の駆動手段により２本のガイドレール５、６に沿って往復移動されるキャリッジ７に着脱可能に搭載されている。このキャリッジ移動方向は記録媒体搬送方向（矢印Ａ方向）と交差する方向であり、主走査方向と呼ばれる。これに対し、記録媒体搬送方向は副走査方向と呼ばれている。

記録ヘッド４は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出のために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段（例えば発熱抵抗素子）を備えている。そして記録ヘッド４は、熱エネルギによりインクの状態変化（膜沸騰）を生起させる方式を用いることにより記録の高密度化、高精細化を達成している。なお、このような熱エネルギによる方式に限らず、振動エネルギを利用してもよい。記録ヘッド４にはそれぞれ異なる色のインクを吐出するための複数のノズル列が設けられている。記録ヘッド４から吐出されるインクの色に対応して、複数の独立したインクタンク８がタンク装着ユニット９に着脱交換可能に装着される。タンク装着ユニット９と記録ヘッド４とは、それぞれインクの色に対応した複数の液体供給チューブ１０によって接続されている。そして、各インクタンク８をタンク装着ユニット９に装着することで、各インクタンク８内に貯留された色のインクを、各インク色に対応する記録ヘッド４の各ノズル列に独立して供給することが可能となる。プラテン３上に搬送された記録媒体Ｓは、画像記録が実施された後、排出ローラ１２とこれに従動する回転体である拍車１３との間に案内され、排出ローラ１２の回転によりプラテン３上から排紙される。インクジェットヘッド４の往復移動範囲内で、かつ記録媒体Ｓの搬送時の通過範囲外領域である非記録領域には、回復ユニット１１が、記録ヘッド４のインク吐出面と対面するように配置されている。回復ユニット１１は、記録ヘッド４のインク吐出面をキャッピングするキャップ部、インク吐出口面をキャッピングした状態で記録ヘッド４から強制的にインクを吸引するための吸引機構、インク吐出面の汚れを払拭するためのクリーニングブレード等を有する。

図２は、インクジェット記録ヘッドの供給構成を表した図であり、図２（ａ）は記録時、図２（ｂ）はインクフル充填時、図２（ｃ）はインク充填中時をそれぞれ示している。図２（ａ）に示すように、記録ヘッド４内部のサブタンク４６に、液体供給チューブ１０（図１参照）から流れてきたインクが直接入る。そして、入ってきたインクを記録ヘッド４内部に保持するためにサブタンク４６内部の一部が、圧力変化に応じて伸縮動作を行う可とう膜２５によって構成されている（図２（ｂ）参照）。この可とう膜２５の伸縮動作は、記録ヘッド４内部に負圧力を発生させる。さらに、記録ヘッド４内部がインク消費によって負圧が高まると可とう膜２５の伸縮動作が、可とう膜２５に接続されたアーム２６に伝えられ、さらにアーム２６の可とう膜２５とは反対側の先端に接続された負圧弁２４に伝えられる。負圧弁２４は、記録ヘッド４内の負圧に応じて開閉可能であり、記録時には液体供給チューブ１０と記録ヘッド４との接続部を塞いでいる（図２（ｂ）参照）。また負圧弁２４は、記録のインクの消費による内部の負圧上昇時（図２（ａ）参照）および吐出口１６にキャップ１７を用いて密閉にして吸引ポンプ２７で内部の負圧上昇させた時（図２（ｃ）参照）には、自動的に開放されインクが供給させる。切替え弁２８は、吐出口１６の吐出状態を回復させる際には、吸引ポンプ２７とキャップ１７とが連通し、インク充填時には、吸引ポンプ２７とサブタンクフロート弁機構２０、個別液室フロート弁機構２１とが連通する構成である。サブタンク４６下部には、インク流入フィルタ１５を通じて、吐出口１６へと導かれるインクを保持している個別液室１８が配置されている。さらに、インク流入フィルタ１５は重力方向に対して傾斜して配置されており、個別液室１８内部にたまった後述する個別液室気泡を一部に集めることができる構成になっている。個別液室１８上部において、フィルタ１５の傾斜により気泡が集まりやすい部位には、インク流出フィルタ１９が配置されている。そのような構成を有している記録ヘッド４において、サブタンク４６上部および、個別液室１８上部にはそれぞれサブタンクフロート弁機構２０、個別液室フロート弁機構２１が配置されている。本実施形態においては液体供給チューブ１０からサブタンクフロート弁機構２０上部の第１のエア排出口２２までの流路抵抗が、液体供給チューブ１０から個別液室フロート弁機構２１上部の第２のエア排出口２３までの流路抵抗よりも小さい構成となっている。例えばフィルタ部材として、東京製綱（株）製のサスミックフィルタＳＨ１０Ｈを用いた場合を考える。インク流入フィルタ１５の面積を２００ｍｍ²、インク流出フィルタ１９の面積を５０ｍｍ²として、４ｃｐの粘度のインクが０．５ｍｌ／ｓｅｃの流量で流れるとする。その際は、実験値よりインク流入フィルタ１５部で実験値より約１４５．８ｍｍＡｑの圧力損失が発生し、さらにはインク流出フィルタ１９部では約６４３．７ｍｍＡｑの圧力損失が発生する。このようにフィルタによって生じるものだけで、上記インク粘度、インク流量場合、１４５．８＋６４３．７＝７８９．５ｍｍＡｑほどの圧力損失が発生する。このようにフィルタを配置することで液体供給チューブ１０からサブタンク４６までの流路抵抗と、液体供給チューブ１０から個別液室１８までの流路抵抗と、を異ならせることでサブタンク内部気泡が個別液室内部気泡よりも先に除去される。

図３（ａ）から（ｃ）は、サブタンクフロート弁機構２０および個別液室フロート弁機構２１に用いられているフロート弁の構成の詳細を示した図である。図３（ａ）に示すように、フロート弁機構２９には、フロートハウジング３０およびフロート上部ハウジング３１が設けられている。また、気泡の排出におけるフロート弁よりも下流側には、廃気液流路３２が配置されており、それぞれの液室からフロート弁機構２９へと移動したエアは廃気液流路３２より除去される。また、フロート弁構造は図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、そのシール部材３３がＯリング３４であったり、テーパー状シール部材３５であってもよい。

図４は、本実施形態が適用されるインクジェット記録装置の供給系全体構成を示した図である。記録ヘッド４はインクタンク８内部に設けられたインク袋３７と液体供給チューブ１０を通じて連通している。さらに、インク袋３７からインクを供給するために、加圧ポンプ３８を用いてインクタンク８内部を加圧している。供給されたインクは、液体供給チューブ１０から記録ヘッド４内部のサブタンク４６に入り、その後、インク流入フィルタ１９を通じて不純物がろ過されて個別液室１８に入る。個別液室１８内部のインクは個別液室１８下部に配置された吐出口１６へと導かれる。個別液室１８の最上部近傍には、インク流出フィルタ１９が配置されており、インク流出フィルタ１９上部にはフロート弁機構２１が設けられ、廃気や廃液はフロート弁機構２１を通じて、廃気液流路３２へと流れる。サブタンクフロート弁機構２０および個別液室フロート弁機構２１上部に設けられた各々の廃気液流路３２はヘッド内部で統合され、記録ヘッド外部との本体廃気液流路に３９系統として連通される。本体には廃インクタンク４０が設けられている。記録ヘッド４と廃インクタンク４０の間の本体廃気液流路上には、記録ヘッド４に負圧を加えるために吸引ポンプ２７が配置されており、エア除去動作実施時に駆動させる。

図５（ａ）から（ｃ）は、本実施形態の記録ヘッド４における気泡除去時のインク流れを示す図である。初期状態は図５（ａ）に示すように、サブタンク４６と個別液室１８には、それぞれサブタンク気泡４１および個別液室気泡４２が入っている。この状態で切替え弁２８によって第１のエア排出口２２および第２のエア排出口２３と、吸引ポンプ２７と、を連通させて吸引ポンプ２７を駆動させる。上述したように本実施形態における記録ヘッド４においては、液体供給チューブ１０から第１のエア排出口２２までの流路抵抗が、液体供給チューブ１０から第２のエア排出口２３までの流路抵抗よりも小さくなる構成である。このため吸引ポンプ２７を駆動させると、流路抵抗が小さいサブタンク４６側のエア除去動作が実施され、図５（ａ）に示すように、サブタンク４６内部のエア除去を実行できる。サブタンク４６内部のエア除去終了後は、サブタンクフロート弁機構２０がシール部材３３と接触しシールされる。その状態のまま、吸引ポンプ２７を駆動し続けると、個別液室フロート弁機構２１より個別液室１８内部のエアの除去動作が実行され、最終的には図５（ｃ）に示すようにサブタンク４６および個別液室１８の両方のエアが除去できる。すなわち、液体供給チューブ１０からサブタンクフロート弁機構２０上部の第１のエア排出口２２までの流路抵抗を、液体供給チューブ１０から個別液室フロート弁機構２１上部の第２のエア排出口２３までの流路抵抗よりも小さくする。これによって、サブタンク４６内部の気泡が除去された後に個別液室１８内部の気泡を除去することができる。その結果、サブタンク４６内部の気泡を個別液室１８に取り込むことがなくなる。このように、従来の回復方法では気泡の除去のために大量の廃インクが発生していたが、廃インク量の低減および、サブタンク４６および個別液室１８内部より気泡をより多く除去することができる。

（記録中のインク供給動作）
次に、記録動作におけるインクの流れと各部の動きを説明する。
図６は、記録時の記録ヘッド４へのインク供給時のインクの流れを示した図である。記録によって記録ヘッド４内のインクが消費されていくと、記録ヘッド４内の負圧が高まる。その結果、負圧弁２４が開くので、加圧ポンプ３８によってインクタンク８で加圧されたインクが記録ヘッド４に供給され、記録ヘッド４内の負圧との釣り合いによって負圧弁２４は閉じられる。記録中は上記の動作の繰り返しによって、インクが記録ヘッド４に供給される。

（非記録時のインク充填動作）
図７は、非記録時のインク充填動作におけるインク流れを示した図である。加圧ポンプ３８を使用してインクタンク８内を加圧することによって、インク袋３７から液体供給チューブ１０へインクが流れる。その際、予め記録ヘッド４の外部に設けてある負圧弁開放機構４７を用いて、可とう膜２５を押すことで負圧弁２４を開にする。こうすることで、サブタンク４６内を負圧にしなくても負圧弁２４の開くことができる。本実施形態では、このように強制的に負圧弁２４を開き、インクタンク８内を加圧することで、記録ヘッド４内に短時間でインクを充填することができる。したがって記録ヘッド４内へのインク充填では吸引ポンプ２７を用いずに、吸引ポンプ２７は充填後の気泡の除去で用いる。

図８は、インク充填方法のフローチャートであり、図８（ａ）は本実施形態のインク充填方法を示したフローチャートであり、図８（ｂ）は、従来のインク充填方法を示したフローチャートである。まず、本実施形態のインク充填方法についてフローチャートに沿って説明する。インク供給路内にインクを充填するために、ステップＳ１０１で負圧弁２４を開放し、その後ステップＳ１０２で加圧ポンプ３８を駆動させる。加圧ポンプ３８の駆動によってインク袋３７内のインクがインク供給路１０に供給される。ステップＳ１０３でインク供給路１０内にインクは充填されると、ステップＳ１０４で加圧ポンプ３８の駆動を停止する。次に記録ヘッド４内部に溜まった気泡を取り除くために、ステップＳ１０５で切替弁２８をフロート弁側に連通させ、ステップＳ１０６で吸引ポンプ２７を吐出口１６に予めクリアインクで張られたメニスカスを破壊しないよう低速で駆動させる。そしてステップＳ１０７で記録ヘッド４内の泡抜き吸引動作を行う。泡抜き完了後に、ステップＳ１０８で吸引ポンプ２７の駆動を終了し、ステップＳ１０９で吐出口１６内にインクを充填するために切替弁２８をキャップ側に連通させる。ステップＳ１１０で再び吸引ポンプ２７を駆動させ、ステップＳ１１１で吐出口１６にインクが充填されて終了となる。

ここで、従来のインク充填方法について図８（ｂ）のフローチャートに沿って説明する。インク供給路内のインクを充填するためにステップＳ１１３で切替弁をフロート弁側に連通させる。そして、ステップＳ１１４で吐出口に予めインクで張られたメニスカスを破壊しないよう吸引ポンプを低速で駆動させて記録ヘッド内にインクを充填し、ステップＳ１１５で記録ヘッド内の泡抜き吸引動作を行う。この時、記録ヘッド４内の負圧を利用してインクを充填しているにもかかわらず、その負圧を高くする（吸引ポンプ２７を高速で駆動する）とメニスカスを破壊して記録ヘッド４内にキャップ内に滞留した混色インクを記録ヘッド内に流入させてしまう。そのため吸引ポンプ２７は低速で駆動させる。その後、ステップＳ１１６で吸引ポンプ２７の駆動を終了し、ステップＳ１１７で吐出口１６内にインクを充填するために切替弁２８をキャップ側に連通させる。そしてステップＳ１１８で吸引ポンプを駆動させてステップＳ１１９で吐出口１１６にインクが充填されて終了する。

従来のインク充填方法と本実施形態の充填方法を比較すると、本実施形態のインク充填制御方法は、インクタンク８から記録ヘッド４へのインク供給は加圧ポンプ３８によって行い、気泡の除去の際に吸引ポンプ２７を低速で駆動させる。そのため、インクの供給から気泡の除去までの全てを吸引ポンプ２７で行う従来の方法と比較して、短時間でインクを充填することがでる。そして、なおかつ廃インクを伴うことなくインク内の気泡を除去することが出来るため、廃インク量を少なく記録ヘッド４へのインクの供給を行うことができる。

このように、記録ヘッドにおけるインクタンクからのインク流入部に設けられた負圧弁を強制的に開くことが可能な機構を設け、インク充填時にはその負圧弁を強制的に開放する。そして、インクタンクに設けられた加圧ポンプでインクタンクから記録ヘッドへインクの充填を行う。これによって、混色を生じさせることなく短時間で記録ヘッドへのインクの充填を行うことができる記録装置を実現することができた。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。
図９は、本実施形態の記録装置の要部を表わした模式図である。加減圧ポンプ４３、圧力センサ４４およびリリーフ弁（大気開放弁）４５の配置以外は、第１の実施形態と同様であるため説明は割愛する。

記録ヘッド４は液体供給チューブ１０および加減圧ポンプ４３（圧力調整手段）を介してインクタンク８内部に設けられたインク袋３７と接続されている。本実施形態では、加減圧ポンプ４３を用いてインクタンク８内の圧力を調整して記録ヘッド４へインクの供給を行う。その供給方法について以下で説明する。先ず、加減圧ポンプ４３を用いてインク袋３７からインクを吸引し、その後、加減圧ポンプ４３から記録ヘッド４間は、加減圧ポンプ４３でインクを加圧することで記録ヘッド４にインクを供給する。その際、液体供給チューブ１０内部の圧力は圧力センサ４４によって管理される。そして、インクタンク８および記録ヘッド４はそれぞれ取り外し可能な構成になっており、記録ヘッド４を交換する際には、リリーフ弁４５で液体供給チューブ１０内を大気開放してから記録ヘッド４を取り外す。また、インクタンク８を交換する際には、リリーフ弁４６によって液体供給チューブ１０内を大気開放してからインクタンク８を取り外す。

このような構成を用いて、第１の実施形態と同様の制御手段を行うことで、混色を生じさせることなく短時間で記録ヘッドへのインクの充填を行うことができる記録装置を実現することができた。

４記録ヘッド
８インクタンク
２４負圧弁
３８加圧ポンプ
４７負圧弁開放機構

Claims

記録ヘッド内の圧力に応じて開閉する負圧弁を備え、該負圧弁を介してインクタンクに貯留されたインクを前記記録ヘッドに供給し、該記録ヘッドから前記インクを吐出して記録を行う記録装置において、
前記負圧弁を強制的に開く弁開放機構を備え、前記インクタンクから前記記録ヘッドに前記インクを供給する際には、前記弁開放機構によって前記負圧弁が開かれており、前記インクタンクの内部の圧力を調整する圧力調整手段によって、前記インクタンクから前記記録ヘッドに前記インクが供給されることを特徴とする記録装置。
前記圧力調整手段は、前記インクタンクの内部の圧力を加圧することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
前記圧力調整手段は、前記インクタンクの内部の圧力を減圧することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
前記圧力調整手段は、加減圧調整が可能であることを特徴とする請求項３に記載の記録装置。
前記記録ヘッド内の前記インクに浮く浮きによって構成された弁が備えられていることを特徴とする請求項１ないし４に記載の記録装置。